一起10kV環網柜故障分析

李銳騰 杜松懷 蘇 娟 丁翠娥

（1.中國農業大學信息與電氣工程學院，北京100083；2.北京電力科學研究院，北京100075）

1 事故概況

1.1 故障情況

某日17：38，某110kV站211某路接地。20min后發現該路1#開閉器計量柜燒毀，故障指示器燈亮，L2單相接地。18：20，拉開1# 開閉器201、211、212，合上201－7、211－7、212－7接地刀閘。

1.2 故障現場情況

氣候陰冷潮濕，該路1#開閉器室內凝霜結露極為嚴重，金屬底板銹蝕嚴重。

1.3 試驗與檢測

對同一分界小室內的3組開關柜分別進行了絕緣電阻遙測和交流耐壓試驗，并測量柜間母線插接部位直阻。非故障開關間隔絕緣電阻遙測和交流耐壓試驗結果如表1、2所示，柜間母線插接部位回路電阻如表3、4所示。

表1 絕緣電阻試驗 單位：MΩ

表2 交流耐壓試驗

表3 215開關柜和計量柜之間電阻 單位：μΩ

表4 211開關柜和計量柜之間電阻 單位：μΩ

由試驗結果可見：開關柜絕緣耐壓性能合格，但柜間母線插接部位回路電阻偏高。特別是B相電阻，普遍比其他兩相電阻值大。

1.4 故障原因分析

放電原因分析：根據故障部位狀態及解體結果可知，箱內、柜體凝霜結露極為嚴重，露水順柜壁流到柜間母線插頭位置。

接頭結構分析：兩柜3個觸頭連接部分有一個凹面，是給硅橡膠套管密封圈留的。因為插頭的連接只靠上下2個定位裝置擠壓，而插頭定位裝置只有上下兩點有2個硬金屬面，上下兩點捏緊了，中間反而鼓肚。即使不鼓肚，中間B相插頭沒有定位銷夾緊，密封圈和柜面之間只是平擺浮擱，沒有任何密封膠，一旦有細小縫隙，潮氣水珠就會浸入插頭，并順著硅橡膠套管的斜面直至插頭斷面。從插頭結構圖上看，插頭斷面處金屬觸頭到硅橡膠套管壁的空氣間隙只有10mm，從金屬柜板到插頭斷面爬電距離約60mm，而套管觸頭到接地柜板整體面爬電距離約100mm。根據國標GB3906—1991規定，相間、相對地間加設絕緣板時，額定電壓10kV時，空氣凈距離不小于60mm，若采用絕緣材料絕緣，除滿足絕緣水平外，還應滿足爬電距離，爬電比距不小于14mm／kV。

根據試驗結果、柜間母線插接頭結構及故障部位解體分析推測：柜體凝霜結露極為嚴重，露水順柜壁流到柜間母線插頭位置。B相插頭硅橡膠絕緣套管密封不嚴，導致B相插頭經過硅橡膠絕緣套管長時間對柜體放電，造成硅橡膠絕緣套管碳化燒毀，直至單相接地短路。

1.5 結論

開關柜運行條件惡劣，柜體凝霜結露極為嚴重是設備故障的誘因。柜間母線插頭定位裝置設計不合理，造成插頭硅橡膠絕緣套管密封不嚴，爬電距離不夠，造成B相對柜體放電，最終導致相對地短路故障。

其他原因還有設備維護不到位致使開關柜運行環境惡劣，開關柜設計不合理，去濕、干燥設施未能正常運行，施工過程中電纜進線口封堵不嚴，開關柜母線排安裝端口與接地的金屬柜板太近且母線端口尖利，雖然滿足正常條件下室內安裝的最小安全距離，但不滿足GB3906—1991嚴酷氣候條件下對金屬封閉開關柜的附加要求或類似戶外條件的最小安全距離。且母線端口尖利，在開關柜嚴重受潮、母線室凝霜結露極為嚴重的條件下，三相母線端口均對接地的金屬柜板尖端放電。在上述幾種因素的綜合作用下，相間及相對地絕緣喪失，最終導致裸露的母線發生相間短路故障。

1.6 建議

（1）已投運設備，須對柜間母線插頭的接觸狀態和絕緣護套密閉狀態進行檢查。加強現有運行設備的巡視，增加潮濕季節、惡劣天氣的特巡工作，以便發現問題及時處理。（2）對于易凝露設備建議采取封堵及防潮、通風措施。（3）建議對同廠家同型號的產品柜間母線插頭設計進行改造。

2 開關柜放電原因分析

2.1 絕緣因素

（1）電氣設備的安全距離不夠。對于開關柜絕緣的要求主要體現在3個方面：最大耐受電壓、最小空氣絕緣距離和爬電比距。在開關柜運行過程中，爬距及空氣間隙不夠是導致開關柜絕緣損壞事故發生的主要原因。工作人員需學習相應國家標準，并采取相應措施保證安全距離達標［1］。（2）加工質量差，做工粗糙。在電力設備生產中使用的低質量產品破壞了設備的絕緣性能。對于開關柜，加工質量水平及裝配切合度在很大程度上決定了其整體耐壓水平。比如說一般的10kV開關柜主回路或聯絡橋銅排規格不同，其可通過增加冷縮管、熱縮管等絕緣層來提高安全性。當開關柜處在高壓、高負荷環境中時，其銅排往往會受到一定程度的損壞，破壞絕緣層的性能，造成一次相間直接放電事故。

2.2 安裝及檢修因素

開關柜安裝工藝不良，會給設備帶來很大的安全隱患，比如在安裝過程中出現電纜絕緣層損壞、未排盡電纜頭內部氣體、電纜屏蔽層接地不良從而形成環流等安全隱患。除了安裝，在設備檢修過程中也容易出現個別母排連接螺栓固定不牢固，運行后連接處發熱，從而造成整段母線以及各出線強迫停電的情況。

2.3 環境因素

外在條件對于開關柜的長期運行具有很大影響，環境因素往往會限制開關柜的穩定安全運行。比如當開關柜內外溫差過大或空氣濕度超過允許范圍時，開關柜內部會出現凝露。在凝露的情況下，電氣設備的擊穿電壓會降低，絕緣材料性能也會下降，從而導致開關柜放電事故更易發生。此外，運行環境中的污穢也會導致開關柜絕緣體表面發生閃絡放電。

2.4 操作因素

斷路器是10kV開關柜中的一次主體設備，其在運行過程中要面臨大電流、高電壓等，而這些會影響到開關設備的工作狀態：（1）當開關柜體部分機械強度不夠時，如有短路電流經過開關，其在電動力的作用下會導致開關柜柜體與開關之間發生一定程度的位移，并導致觸頭間的接觸電阻快速升高，從而產生電弧，甚至發生爆炸。（2）靜觸頭或動觸頭在長時間的使用過程中會由于機械磨損而導致接觸點或接觸面減小，導致觸頭間接觸不良。（3）設備安裝時操作不當會破壞整體結構的完整性，比如動觸頭插入不標準、接觸電阻過大，會引起不同的故障問題。（4）操作過程中的拒動和誤動等均會導致開關柜故障的發生，如操動機構和傳動系統機械故障導致卡澀、部件變形或脫扣失靈等，以及電氣控制和輔助回路故障導致保護裝置難以正常運行等。

3 改進措施

為保證開關柜安全穩定運行，需多方采取安全有效的技術措施，通過提高開關柜絕緣安全裕度，確保其安全穩定、節能經濟高效運行。

（1）提高絕緣性能。要定期檢查開關柜的絕緣性能。對于最易出現絕緣問題的部位應及時進行處理。特別是對于穿柜套管，必須采用具有優良的阻燃性和憎水性的環氧樹脂材料，同時還應加設具有屏蔽均壓設計的絕緣件；對于柜間母線插頭的接觸狀態及絕緣護套的密閉狀態也應定期進行檢查；必要時可通過加裝絕緣套管或絕緣膠帶來提升接口處的絕緣性能。應在開關柜投入運行前測量和驗證其電氣安全距離，如開關柜內部導體相間及相對地空氣絕緣凈距等，以防廠家設計的開關柜絕緣安全距離不達標引發相間短路。

（2）改善開關柜的驅潮能力。改善開關柜內部的潮濕狀況，可以在滿足最小電氣空氣間隙的位置加裝加熱器，并在開關柜底部與頂部設置進風口和排風口，使得柜外的空氣在進入開關柜進行加熱后，通過設置在開關柜頂部的排風口排出柜外，從而有效消除柜內凝露，也有利于柜內散熱。運營單位還需定期對開關柜內部的潮濕情況進行檢測，凝露嚴重時及時開展加熱除濕工作。對于排查困難的開關柜設備可以在內部安裝智能測溫除濕模塊，以有效提高監測效率，預防事故發生。

（3）提高安裝調試水平。開關柜的安裝調試在很大程度上決定了其是否能夠正常工作。為此，需加強對相關工作人員的培訓和考察，確保安裝調試人員技術過關。

（4）保證良好的運行環境。及時檢查開關柜內加熱除濕裝置，保證其處于正常工作狀態；對孔洞進行封堵，防止潮氣進入柜內；高壓室里的通風窗及抽風裝置應加裝網柵或濾網，達到減少進入室內的塵埃、凈化通風的目的；加強設備的運行維護，要做到逢停必掃，保證絕緣狀態良好。

（5）重視開關柜的預防性試驗。要重視開關柜及內部設備的預防性試驗，通過預防性試驗可以有效判斷開關柜的運行情況。同時要注意，在預防性試驗過程中要遵循相應的規程規范，假如試驗得到的數據存在異常，需對其進行詳細分析并結合以往的數據進行對比論證，以得出可靠的結論。此外，結論的得出也不能只依靠一組數據，必須綜合分析多組數據來判斷和確定開關柜存在的安全隱患。在進行預防性試驗后，需按時完成開關柜的復原工作，在復原過程中要注意柜內接觸點和接觸面的良好，避免出現一些接觸不良引起的異常發熱問題［2］。

（6）加強開關柜的巡視維護。10kV開關柜運行效率的提高及故障率的降低離不開日常維護和檢修鞏固。在進行日常巡視時，要特別注意開關柜的門和面板是否鎖緊，注意開關柜內部的前上柜、前下柜、后柜的臟污情況和是否有異物存在。在進行檢修時，要認真做好隔室的清掃任務，確保無異物、無臟塵。在實際的檢修和維護中，應特別關注開關柜內部設備觸頭的檢查維護，要做到定期查看，保證觸頭部分結構穩定，沒有松動及脫落。同時檢查觸頭外觀，觀察是否發生氧化變色，檢查觸頭和觸頭片表面的光滑程度。在驗收和維護的工作完成后，應對開關柜一、二次電纜的進線處（特別是二次電纜進線間的縫隙）和其他多余的孔洞的封堵情況進行檢查，確保封堵完整有效。

4 結語

10kV開關柜具有體積小、結構緊湊、操作可靠等優點，其在電力系統中的廣泛應用給生產、運行、檢修和維護帶來了極大的便利及穩定安全的保障。但我們也應該看到，對于開關柜的防凝露、防異物等雖然已強調多年，但在實際運行中仍然存在許多不足。我們必須重視這些問題，并結合配網自動化及最新的開關柜智能化技術，分析思考并找到相應的改進措施，才能更好地保障電網的安全生產。

［1］褚建平.淺析10kV高壓開關柜故障原因及防范措施［J］.民營科技，2012（12）

［2］吳凌鸝.10kV開關柜常見故障綜述［J］.農村電氣化，2014（11）